[發明專利]補償變流器可靠性在線監測方法

在審

• 申請號: 201910744350.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110514978A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 李晨;王顥;黃文勛;靳忠福;孫建新;魏佳良;蔣功連;王建文
• 申請（專利權）人: 中鐵第一勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01K7/22
• 代理公司: 61114 西安新思維專利商標事務所有限公司
• 代理人: 李罡<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明涉及補償變流器可靠性在線監測方法，首先讀入補償變流器及組成元件的相關參數，利用溫度傳感器測量IGBT內某一參考點的溫度；利用修正函數修正測量溫度數據，計算IGBT結溫；采用雨流算法處理結溫數據，獲取熱循環及對應的平均結溫均值和波動值；應用元件壽命預測模型和線性損傷累計模型，計算IGBT模塊失效率；基于元件可靠性評估參數計算直流支撐電容、串聯電抗器和控制底板的失效率；建立可靠性評估模型，根據元件失效率，計算相關可靠性指標，進行可靠性實時評估。本發明通過實時采集IGBT模塊的結溫信息，計算失效率，獲取補償變流器可靠性評估參數，實現補償變流器的實時在線可靠性監測，為設備的安全運行及維護提供保證。

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路設備監測技術領域，具體涉及一種補償變流器可靠性在線監測方法。

背景技術

電氣化鐵路普遍采用工頻單相交流制，造成了負序，無功和諧波等電能質量問題。國內外學者針對高速電氣化鐵路牽引供電系統的電能質量問題治理提出了很多優化解決方案和相關控制策略，各種方案的實際效果不同。

為了綜合改善電能質量，目前廣泛應用基于補償變流器的有源補償方式。補償變流器作為實現有源補償的核心設備，其可靠性研究備受關注。補償變流器是由大功率電力電子器件組成。目前對于大功率的電力電子器件一般都是采用電力電子可靠性手冊進行可靠性評估。但牽引負荷的隨機波動性和沖擊性對潮流控制器的組成器件造成的影響僅憑可靠性手冊難以準確預估，尤其是其核心部件—絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)模塊。IGBT模塊的工作電壓大，負荷波動大，造成其功耗和結溫均較高。根據其失效機理可知，IGBT模塊失效的主要原因是牽引負荷隨機波動引起的熱循環沖擊造成的封裝失效。所以牽引負荷會其壽命造成很大影響。

因此考慮牽引負荷沖擊性和波動性對補償變流器可靠性的影響，在線監測補償變流器可靠性，對保障補償變流器的安全運行非常必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種補償變流器可靠性在線監測方法，基于元件的物理失效機理，通過實時采集IGBT模塊的結溫信息，計算失效率，獲取補償變流器可靠性評估參數，實現補償變流器的實時在線可靠性監測，為設備的安全運行及維護提供保證。

本發明所采用的技術方案為：

補償變流器可靠性在線監測方法，其特征在于：

由以下步驟實現：

步驟1：讀入牽引變電站補償變流器及組成元件的相關參數，所述元件包括IGBT模塊、直流支撐電容、串聯電抗器和控制底板；

步驟2：利用溫度傳感器測量IGBT內某一參考點的溫度；

步驟3：基于結溫修正函數，修正測量溫度數據，計算IGBT的結溫；

步驟4：采用雨流算法處理結溫數據，獲取熱循環及對應的平均結溫均值和波動值；

步驟5：基于IGBT模塊物理失效機理，應用元件壽命預測模型和線性損傷累計模型，計算IGBT模塊失效率；

步驟6：基于相關可靠性手冊給出的元件可靠性評估參數，計算直流支撐電容、串聯電抗器和控制底板的失效率；

步驟7：建立補償變流器可靠性評估模型，根據元件失效率，計算相關可靠性指標，進行可靠性實時評估。

步驟1中，相關參數包括：IGBT與FWD導通曲線的門限電壓和門限電阻；額定電壓電流下的熱阻值；直流支撐電容C、串聯電抗器L和控制底板DB的結構系數、質量系數、環境系數。

步驟2中，溫度傳感器為PTC或NTC溫度傳感器，集成于IGBT模塊。

步驟3中，結溫修正函數通過以下方式獲得：